燃料電池システム用減圧装置及びそれに用いられるベローズ
【課題】一次側の圧力が１００ＭＰａ以上の高圧水素ガスの減圧に使用される減圧装置において、電磁弁の推力を可及的に小さくした燃料電池システム用減圧装置を提供する。
【解決手段】燃料電池システム用減圧装置１は、高圧の一次側ポート３と低圧の二次側ポート４とを連通する経路５の途中に弁座６、及び、該弁座と対向する反対側に貫通孔１０を設け、前記弁座に離着することで前記経路を開閉する弁体７を備え、該弁体の先端側には、ソレノイド１１及び二次側の圧力を受けるベローズ１６の軸方向の力を弁体に作用する伝達部材１７を設け、弁体の後端側と前記貫通孔と間に封止部材を設け、該封止部材が金属材料からなる多層の成形ベローズから形成されている。
【解決手段】燃料電池システム用減圧装置１は、高圧の一次側ポート３と低圧の二次側ポート４とを連通する経路５の途中に弁座６、及び、該弁座と対向する反対側に貫通孔１０を設け、前記弁座に離着することで前記経路を開閉する弁体７を備え、該弁体の先端側には、ソレノイド１１及び二次側の圧力を受けるベローズ１６の軸方向の力を弁体に作用する伝達部材１７を設け、弁体の後端側と前記貫通孔と間に封止部材を設け、該封止部材が金属材料からなる多層の成形ベローズから形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム用減圧装置及びそれに用いられるベローズに関し、特に、一次側の圧力が１００ＭＰａ以上の高圧水素ガスの減圧に使用される減圧装置及びそれに用いられるベローズに関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧の流体圧力（一次側の圧力）を、それよりも低い圧力で利用したい場合に、たとえば、図８に示すような減圧弁が用いられる
この減圧弁は、高圧（タンク元圧）Ｐ１となる一次側のポートから、低圧（制御圧）Ｐ２となる二次側のポートに至る経路の途中に設けられた弁座２００に着座することによって弁を閉じ、弁座２００から離れることで弁を開く弁体１１０を備えている。この弁体１１０は、軸部１１２と、この軸部１１２の先端に設けられた弁本体部１１１とから構成される。そして、軸部１１２は、その一方が前記経路内であって弁座２００よりも上流側の領域Ｒに通じるハウジング３００の貫通孔３０１内で、往復動自在に配置されている。この軸部１１２が往復移動することによって、弁が開閉される。また、貫通孔３０１の他方は大気圧Ｐ３となる領域に通じている
可動部品である弁体１１０と固定部品であるハウジング３００との間の摺動部には、前記上流側の領域Ｒの流体が貫通孔３０１を通って漏洩しないように、軸部１１２と貫通孔３０１との間の環状隙間を封止する必要がある。
【０００３】
そこで、従来、環状隙間を封止するためＯリングなどのシールリング４００が設けられている（以下、「従来技術１」という。例えば、特許文献１参照。）。これにより、弁体１１０が往復動した場合でも、軸部１１２の外周面とシールリング４００の内周面とが摺動し、密封性を維持することができるものである。
しかし、従来技術１の場合、一次側の圧力がきわめて高く、一次側の圧力Ｐ１と大気圧Ｐ３との差圧が非常に大きくなる場合には、軸部１１２とシールリング４００との摩擦力も非常に大きくなる。そのため、ヒステリスの増加や、摺動部分の固着によって、減圧弁としての圧力調整機能が低下したり、弁体１１０を駆動するソレノイドを大型にしなければならないなどの問題があった。
【０００４】
また、従来、ゴム膜などから形成されたダイアフラム、または、金属ベローズなどによって弾性圧力隔壁を形成し、可動部品と固定部品との間を封止するものが知られている（以下、「従来技術２」という。例えば、特許文献２参照）。
しかし、従来技術２におけるダイアフラム又は金属ベローズは、耐圧強度が低く、一次側の圧力では使用することは到底できなかった。
【０００５】
さらに、従来、バネ性に優れた金属材料と耐蝕性に優れた金属材料の組み合わせなどのように、異なる材質の金属を組み合わせて形成したベローズが知られている（以下、「従来技術３」という。例えば、特許文献３参照）。）
しかし、従来技術３の場合、異なる材質の金属を２重、３重に組み合わせることにより、バネ性及び耐蝕性などの異なる特性を同時に備えたベローズを提供するものであって、燃料電池車用高圧水素ガス減圧弁の一次側のように１００ＭＰａ以上といった高圧に用いられることを想定したものではなかった。
【０００６】
ところで、高圧制御弁に用いるベローズにおいては、耐圧強度を確保しようとするとベローズの板厚を厚くする必要があるが、板厚が厚いと容易に伸縮できず、例えば、電磁力により駆動される減圧弁などに用いる場合、電磁弁の推力を大きなもにする必要があり装置が大型になるという問題があった。また、板厚の厚いベローズは耐久寿命が短いという問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１４８４６５号公報
【特許文献２】特開２００５−３０９９８３号公報
【特許文献３】実願昭５６−９８５７５号（実開昭５８−４８４８号）のマイクロフィルム
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記した従来技術の問題を解決するためになされたものであって、第１に、一次側の圧力が１００ＭＰａ以上の高圧水素ガスの減圧に使用される減圧装置において、電磁弁の推力を可及的に小さくした燃料電池システム用減圧装置を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、第２に、１００ＭＰａ以上の高圧の作動流体に対する耐圧性と、弁体の可動を容易にする伸縮のし易さを同時に備えた燃料電池システム用減圧装置に用いられるベローズを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するために本発明の燃料電池システム用減圧装置は、高圧の一次側ポートと低圧の二次側ポートとを連通する経路の途中に弁座、及び、該弁座と対向する反対側に貫通孔を設け、前記弁座に離着することで前記経路を開閉する弁体を備え、該弁体の先端側には、ソレノイド及び二次側の圧力を受けるベローズの軸方向の力を弁体に作用する伝達部材を設け、弁体の後端側と前記貫通孔と間に封止部材を設け、該封止部材が金属材料からなる多層の成形ベローズから形成されてなることを特徴としている。
【００１０】
上記の特徴により、一次側の圧力が１００ＭＰａ以上の高圧水素ガスの減圧に使用される減圧装置において、電磁弁の推力を可及的に小さくした燃料電池システム用減圧装置を提供することができる。
【００１１】
また、本発明の燃料電池システム用減圧装置に用いられるベローズは、第１に、前記多層の成形ベローズの蛇腹部の断面形状が、半円未満の形状の山部及び谷部が交互に接続された形状であることを特徴としている。
また、本発明の燃料電池システム用減圧装置に用いられるベローズは、第２に、前記半円未満の形状の山部と谷部との間にストレート部を介在させることを特徴としている。
これらの特徴により、高圧の作動流体に対する耐圧性と、弁体の可動を容易にする伸縮のし易さを同時に備えた高圧制御弁用ベローズを得ることができる。また、耐久寿命の長い高圧制御弁用ベローズを得ることができる。さらに、Ｏリングを用いた場合に比較して、摺動部の漏れがなく、また、摺動部の摩擦力によるヒステリシスの増加や固着がなく、精度が良く、信頼性の高い高圧制御弁用ベローズを提供することができる。
【００１２】
また、本発明の燃料電池システム用減圧装置に用いられるベローズは、第３に、上記第１又は第２の特徴において、ベローズを保持部材を介して直列に複数個、接続することを特徴としている。
この特徴により、長いベローズを製作する場合と比較してベローズの製作が容易である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）本発明の燃料電池システム用減圧装置は、弁体の先端側には、ソレノイド及び二次側の圧力を受けるベローズの軸方向の力を弁体に作用する伝達部材を設け、弁体の後端側と貫通孔と間に封止部材を設け、該封止部材が金属材料からなる多層の成形ベローズから形成されてなることにより、一次側の圧力が１００ＭＰａ以上の高圧水素ガスの減圧に使用される場合にも、電磁弁の推力を可及的に小さくした燃料電池システム用減圧装置を提供することができる。
【００１４】
（２）本発明の燃料電池システム用減圧装置に用いられるベローズは、多層の成形ベローズの蛇腹部の断面形状が、半円未満の形状の山部及び谷部が交互に接続された形状であることにより、高圧の作動流体に対する耐圧性と、弁体の可動を容易にする伸縮のし易さを同時に備えた高圧制御弁用ベローズを得ることができる。また、耐久寿命の長い高圧制御弁用ベローズを得ることができる。さらに、Ｏリングを用いた場合に比較して、摺動部の漏れがなく、また、摺動部の摩擦力によるヒステリシスの増加や固着がなく、精度が良く、信頼性の高い高圧制御弁用ベローズを提供することができる。
また、本発明の燃料電池システム用減圧装置に用いられるベローズは、は、前記半円未満の形状の山部と谷部との間にストレート部を介在させることにより、山部と谷部とを滑らかに接続することができる。
【００１５】
（３）本発明の燃料電池システム用減圧装置に用いられるベローズは、ベローズを保持部材を介して直列に複数個、接続することにより、長いベローズを製作する場合に比較してベローズの製作を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態１に係る燃料電池システム用減圧装置の全体を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態１に用いられるベローズの拡大断面図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る燃料電池システム用減圧装置の全体を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態３に係る燃料電池システム用減圧装置の全体を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態４に係る燃料電池システム用減圧装置の全体を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態５に係る燃料電池システム用減圧装置の全体を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態５に用いられるベローズの拡大断面図である。
【図８】従来技術１を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る燃料電池システム用減圧装置及びそれに用いられるベローズを実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加えうるものである。
【００１８】
〔実施形態１〕
図１は、本発明の実施形態１に係る燃料電池システム用減圧装置の全体を示す断面図である。
図１の実施形態１において、燃料電池システム用減圧装置１としては、１００ＭＰａ以上の高圧水素ガスを減圧する減圧弁が示されており、ハウジング２には、高圧Ｐ１となる一次側ポート３、低圧Ｐ２となる二次側ポート４及び一次側ポート３と二次側ポート４とを連通する経路５が形成されている。経路５の途中には円形の弁座６が設けられ、該円形の弁座６に着座することによって閉状態となり、弁座６を離れることで開状態となる弁体７が備えられている。
【００１９】
この弁体７は、軸部８と、この軸部８の先端側に設けられた弁本体部９とから構成される。弁体７の軸部８は、一方が一次側ポート３と二次側ポート４との経路５内に通じ、他方が大気圧領域Ａに通じる貫通孔１０内で、往復動自在に配置されている。
【００２０】
一方、ハウジング２の一方の側には、ソレノイド１１がボルトなどの固定手段により装着されている。このソレノイド１１は、コイル１２、磁性体で構成された略円筒状のセンターポスト１３、コイル１２ヘの通電により磁気的に吸引されてセンターポスト１３に向かって移動するプランジャ１４及びプランジャ１４に固定されたロッド１５を備えている。ロッド１５は、センターポスト１３の中心に設けられた貫通孔を挿通するようにして設けられ、その先端が二次側の圧力Ｐ２を受ける位置に配置された受圧部材としてのベローズ１６に保持部材１８を介して固定されている。
【００２１】
弁体７の先端側に、保持部材１８から弁体７側に突出する突出部１７が当接しており、この突出部１７は、前記二次側の圧力Ｐ２を受ける受圧部材としてのベローズ１６の保持部材１８に一体に設けられている。このため、弁体７は、後端側（図１の左側）に向かう推力Ｆを、後述するように、ソレノイド１１から受けられるようになっている。また、弁体７の後端（軸部８の後端）には、弁体７の先端側に向けて付勢するバネ１９が設けられている。
本実施の形態においては、突出部１７がソレノイド１１及びベローズ１６の軸方向の力を弁体７に伝達する伝達部材の役割を果たしている。
【００２２】
一次側ポート３と二次側ポート４とを連通する経路５の流体が、貫通孔１０を通って大気圧領域Ａに漏洩しないように封止するための弾性圧力隔壁としてのベローズ２０が弁体７の後端側と貫通孔１０の穿設されたシールガイド２１との間に設けられている。ベローズ２０の外側には一次側の圧力Ｐ１が作用し、内側には大気圧Ｐ３が作用する。
なお、大気圧領域Ａについて大気圧Ｐ３が作用する例について説明しているが、万一、ベローズが破損して高圧水素が大気に漏れ出すことがないように、大気圧領域Ａに加圧ガスを作用させるようにしてもよい。
図１に示す例では、封止用のベローズ２０は弁体７の軸部８の周囲を包囲するように配置され、その右端が、弁本体部９の後端側に溶接などにより気密に固定され、左端が、シールガイド２１の保持部２２に溶接などにより気密に固定されている。
また、弁体７の受圧領域である円の径Ｄ１と、ベローズ２０における外径と内径のとの平均径Ｄ２とが等しくなるように設定されている。すなわち、弁体７の受圧面積とベローズ２０の受圧面積を等しくすることにより、ベローズ２０に対する一次側の圧力Ｐ１の軸方向の力は相殺され、ベローズ２０には径方向の圧力のみが作用することになる。
【００２３】
以上のように構成される燃料電池システム用減圧装置１は、ベローズ１６が受ける圧力（制御圧力）Ｐ２と推力Ｆによって、弁体７の動作が制御され、その結果、弁の開閉が制御される。このため、制御圧力Ｐ２を制御することができる。
具体的には、弁体７に作用する力は、一次側の圧力Ｐ１と、二次側の圧力Ｐ２と、大気圧Ｐ３と、ベローズ１６が圧力Ｐ２を受けることで弁体７に作用する力と、推力Ｆと、封止用のベローズ２０の弾性復元力と、バネ１９のバネ力である。したがって、弁体７の位置は、これらの力のバランスにより定まる。一次側の圧力Ｐ１に対して二次側の圧力Ｐ２を所望の圧力に制御するには、ベローズ１６の特性、推力Ｆ、封止用のベローズ２０のバネ定数及びバネ１９のバネ定数を適宜設定すればよい。
【００２４】
ところで、一次側の圧力Ｐ１は１００ＭＰａ以上と非常に高圧であるから、封止用のベローズ２０は、周囲から高圧を受けるため、この力に耐えるための耐圧性（剛性）を備える必要があると同時に、推力Ｆなどの力に応答して弁体７が可動する際に、弁体７の動きを容易にするための伸縮性を備える必要がある。
耐圧性の点では、封止用のベローズ２０の厚さｔを厚くする必要があるが、厚さｔを厚くするとバネ定数が厚さｔの３乗に比例して大きくなり、伸縮性が阻害されるとともに耐久寿命が低下するなど、要求される事項を同時に満たすことができないという背景がある。
本発明者は、バネ定数が厚さｔの３乗に比例すること、及び、耐圧性については、ベローズの全体の厚さが同じであれば同じ耐圧性が得られることから、封止用のベローズ２０を、金属材料からなる成形ベローズを複数層組み合わせた多層構造にすることにより、さらには、蛇腹部の断面形状を工夫することにより、耐圧性と伸縮性の両者を同時に満足することができるという知見を得た。
【００２５】
図２は、本発明の実施形態１に係る燃料電池システム用減圧弁に用いられるベローズを説明する断面図である。
封止用のベローズ２０は、ステンレス材料（ＳＵＳ３０４）からなる外周側成形ベローズ２０−１、中間成形ベローズ２０−２及び内周側成形ベローズ２０−３を重ね合わせた３層構造となっている。３層合計の厚さはｔであり、各層の厚さは同じに設定されているから、１層の成形ベローズの厚さはｔ／３である。１層のバネ定数をｋとすると、３層構造のベローズ２０のバネ定数ｋＴは、
ｋＴ＝ｋ＋ｋ＋ｋ＝３ｋとなり、１層構造の同じ厚さのベローズと比較して大幅にバネ定数を小さくできる。
一方、耐圧性（応力）は、１層であっても多層であっても、その厚さｔが同じであれば、同じ耐圧性を有する。
【００２６】
次に、本発明者は、１００ＭＰａ以上の高圧に耐えるため、蛇腹部の断面形状に着目し、その断面形状を種々に変化させて試験したところ、従来知られているＵ字形と逆Ｕ字形を交互に接続したようなベローズ形状、あるいは、Ｓ字形を組み合わせたようなベローズ形状では、高圧のため、主として軸方向において潰されてしまうことがわかった。
図２に示す多層の成形ベローズの蛇腹部の断面形状は、半円未満の形状の山部及び谷部を交互に接続した形状となっており、軸方向に潰れにくいことが確認できた。
ここで、半円未満の形状とは、上限が半円未満（円周角度１８０゜未満）で、下限は少なくとも円弧成分を有するもので、例えば、円の１／１２（円周角度３０゜）である。
円周角度を何度に設定するかは、ベローズ外径、ベローズ厚み、山部高さ（あるいは谷部高さ）、ピッチ及び山部（あるいは谷部）の曲率半径などを総合して決められる。
また、半円未満の形状の山部及び谷部を交互に接続する際、該山部と谷部との間にストレート部を介在させる場合がある。この場合、ストレート部は、半円未満の形状の山部及び谷部を滑らかに接続するため、ベローズの軸方向に直角方向ではなく、直角方向と一定の角度θを有する斜め方向に向いたものとなる。
【００２７】
本実施形態１による燃料電池システム用減圧装置は、耐圧性を有し、かつ、バネ定数の比較的小さい多層ベローズを用いているため、電磁弁の推力が小さくても、減圧装置を確実に作動することができる。
また、本実施形態１による燃料電池システム用減圧装置に用いられるベローズは、蛇腹部の断面形状が半円未満の形状の山部及び谷部が交互に接続された形状となっていることから、耐圧性と伸縮性の両者を同時に満たしている。
【００２８】
〔実施形態２〕
図３は、本発明の実施形態２に係る燃料電池システム用減圧装置の全体を示す断面図である。
図３に示す減圧装置においては、図１で説明した減圧装置の基本的な構成を備えており、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。
【００２９】
弁体２５は、弁本体部２６とその先端側に設けられた、ソレノイド１１及びベローズ１６の軸方向の力を弁体２５に伝達する伝達部材２７とから構成され、実施形態１の弁体７における軸部８は省略されている。
伝達部材２７は、その先端側において、二次側の圧力Ｐ２を受ける位置に配置された受圧部材としてのベローズ１６の保持部材２８に嵌入され、結合されている。
【００３０】
封止用のベローズ２０は、弁体２５の後端側と貫通孔１０の穿設されたシールガイド２１との間に設けられており、その右端が、弁本体部２６の後端側に溶接などにより気密に固定され、左端が、シールガイド２１の保持部２２に溶接などにより気密に固定されている。
シールガイド２１の後端側には、シールガイド２１を押圧して固定するための固定部材２９が設けられ、該固定部材２９はハウジング２の穴３０に螺合されている。
固定部材２９には、貫通孔１０を大気圧領域Ａに連通するための連通孔３１が設けられている。ベローズ２０の外側には一次側の圧Ｐ１が作用し、内側には大気圧Ｐ３が作用する。
【００３１】
以上のように構成される燃料電池システム用減圧装置１は、ベローズ１６が受ける圧力（制御圧力）Ｐ２と推力Ｆによって、弁体２５の動作が制御され、その結果、弁の開閉が制御される。このため、制御圧力Ｐ２を制御することができる。具体的には、弁体２５に作用する力は、一次側の圧力Ｐ１と、二次側の圧力Ｐ２と、大気圧Ｐ３と、ベローズ１６が圧力Ｐ２を受けることで弁体２５に作用する力と、推力Ｆと、封止用のベローズ２０の弾性復元力である。したがって、弁体２５の位置は、これらの力のバランスにより定まる。一次側の圧力Ｐ１に対して二次側の圧力Ｐ２を所望の圧力に制御するには、ベローズ１６の特性、推力Ｆ及び封止用のベローズ２０のバネ定数を適宜設定すればよい。
【００３２】
〔実施形態３〕
図４は、本発明の実施形態３に係る燃料電池システム用減圧装置の全体を示す断面図である。
図４に示す減圧装置においては、図１で説明した減圧装置の基本的な構成を備えており、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。
【００３３】
本実施形態３に係る減圧装置１においては、貫通孔１０の後端側に設けられたバネ１９の設けられた領域は大気圧領域と遮断され、二次側のポートＰ２に繋がる通路３２が設けられている。これにより、貫通孔１０の後端側のバネ１９が設けられた領域の圧力は二次側の圧力Ｐ２と等しくなる。このため、ベローズ２０の内部には二次側の圧力Ｐ２が作用してベローズ２０を伸張させる方向に力が働く。一方、弁体７にはその受圧領域である円の径Ｄ１に対して二次側の圧力Ｐ２が作用してベローズ２０を縮める方向に力が働くため、二次側の圧力Ｐ２が相殺されて、弁体７はソレノイド力のみで作動されることになる。このように、弁体７は、二次側の圧力Ｐ２による影響をほとんど受けることなく、二次側の圧力が変動しても安定的に弁の開閉を行わせることができる。
【００３４】
〔実施形態４〕
図５は、本発明の実施形態４に係る燃料電池システム用減圧装置の全体を示す断面図である。
図５に示す減圧装置においては、図３で説明した減圧装置の基本的な構成を備えており、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。
【００３５】
本実施形態４に係る減圧装置１においては、シールガイド２１を押圧して固定するための固定部材２９が設けられた穴３０の領域は大気圧領域と遮断され、二次側のポートＰ２に繋がる通路３２が設けられている。これにより、貫通孔１０の後端側の固定部材２９が設けられた穴３０の領域の圧力は二次側の圧力Ｐ２と等しくなる。このため、ベローズ２０の内部には二次側の圧力Ｐ２が作用してベローズ２０を伸張させる方向に力が働く。一方、弁体７にはその受圧領域である円の径Ｄ１に対して二次側の圧力Ｐ２が作用してベローズ２０を縮める方向に力が働くため、二次側の圧力Ｐ２が相殺されて、弁体７はソレノイド力のみで作動されることになる。このように、弁体７は、二次側の圧力Ｐ２による影響をほとんど受けることなく、二次側の圧力が変動しても安定的に弁の開閉を行わせることができる。
【００３６】
〔実施形態５〕
図６は、本発明の実施形態５に係る燃料電池システム用減圧装置の全体を示す断面図である。
図６に示す減圧装置においては、図３で説明した減圧装置の基本的な構成を備えており、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。
【００３７】
本実施形態５に係る減圧装置１においては、ハウジング２には、高圧Ｐ１となる一次側ポート３が図の上側に１個、低圧Ｐ２となる二次側ポート４が図の上下に２個設けられている。また、弁本体部２６の先端側に設けられた伝達部材２７に、弁体２５を先端側に向けて付勢するバネ３３が設けられている。
封止用のベローズ３５は、弁体２５の後端側と貫通孔１０の穿設されたシールガイド２１との間に設けられており、その右端が、弁本体部２６の後端側に溶接などにより気密に固定され、左端が、シールガイド２１の保持部２２に溶接などにより気密に固定されている。ベローズ３５の外側には一次側の圧Ｐ１が作用し、内側には大気圧Ｐ３が作用する。
【００３８】
図７は、本発明の実施形態５に用いられるベローズの拡大断面図である。
実施形態５の封止用のベローズ３５は、実施形態１と同じく３層構造に形成されたものであるが、長手方向において等分の長さで３個に分割され、それぞれのベローズが保持部材を介して接続されてなるものである。
右側のベローズ３６は、右端が弁本体部２６の後端外周に圧入され、左端が保持部材３９の右端に圧入され、それぞれの圧入端部が全周溶接されている。
また、中央のベローズ３７は、右端が保持部材３９の左端に圧入され、左端が保持部材４０の右端に圧入され、それぞれの圧入端部が全周溶接されている。
さらに、左側のベローズ３８は、右端が保持部材４０の左端に圧入され、左端がハウジング２に気密に固定されたシールガイド２１の保持部２２に圧入され、それぞれの圧入端部が全周溶接されている。
保持部材３９及び４０には、孔４１が形成されている。
【００３９】
実施形態５に示すベローズ３５のように、直列に３個接続された場合のバネ定数ｋｓは、それぞれのバネ定数をｋ１とすると、
１／ｋｓ ＝１／ｋ１＋１／ｋ１＋１／ｋ１＝３／ｋ１
ｋｓ ＝ｋ１ ／３
となり、長いベローズを１個設ける場合と同じバネ定数となるから、バネ定数が増大するということはない。
【００４０】
実施形態５の封止用のベローズ３５のように直列に３個接続して構成すると、１個のベローズの長さを短くすることができるから、長いベローズを製作する場合に比較してベローズの製作が容易である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 燃料電池システム用減圧装置
２ ハウジング
３ 一次側ポート
４ 二次側ポート
５ 経路
６ 弁座
７ 弁体（実施形態１及び３）
８ 軸部
９ 弁本体部（実施形態１及び３）
１０ 貫通孔
１１ ソレノイド
１２ コイル
１３ センターポスト
１４ プランジャ
１５ ロッド
１６ ベローズ
１７ 突出部（伝達部材）
１８ 保持部材（実施形態１及び３）
１９ バネ
２０ ベローズ（実施形態１ないし４）
２１ シールガイド
２２ 保持部
２５ 弁体（実施形態２及び４）
２６ 弁本体部（実施形態２及び４）
２７ 伝達部材（実施形態２及び４）
２８ 保持部材（実施形態２及び４）
２９ 固定部材
３０ 穴
３１ 連通孔
３２ 通路
３３ バネ
３５ ベローズ（実施形態５）
３６ 右側のベローズ
３７ 中央のベローズ
３８ 左側のベローズ
３９ 保持部材
４０ 保持部材
４１ 孔
Ａ 大気圧領域
Ｆ ソレノイドの推力
Ｐ１ 高圧（一次側の圧力）
Ｐ２ 低圧（二次側の圧力）
Ｐ３ 大気圧
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム用減圧装置及びそれに用いられるベローズに関し、特に、一次側の圧力が１００ＭＰａ以上の高圧水素ガスの減圧に使用される減圧装置及びそれに用いられるベローズに関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧の流体圧力（一次側の圧力）を、それよりも低い圧力で利用したい場合に、たとえば、図８に示すような減圧弁が用いられる
この減圧弁は、高圧（タンク元圧）Ｐ１となる一次側のポートから、低圧（制御圧）Ｐ２となる二次側のポートに至る経路の途中に設けられた弁座２００に着座することによって弁を閉じ、弁座２００から離れることで弁を開く弁体１１０を備えている。この弁体１１０は、軸部１１２と、この軸部１１２の先端に設けられた弁本体部１１１とから構成される。そして、軸部１１２は、その一方が前記経路内であって弁座２００よりも上流側の領域Ｒに通じるハウジング３００の貫通孔３０１内で、往復動自在に配置されている。この軸部１１２が往復移動することによって、弁が開閉される。また、貫通孔３０１の他方は大気圧Ｐ３となる領域に通じている
可動部品である弁体１１０と固定部品であるハウジング３００との間の摺動部には、前記上流側の領域Ｒの流体が貫通孔３０１を通って漏洩しないように、軸部１１２と貫通孔３０１との間の環状隙間を封止する必要がある。
【０００３】
そこで、従来、環状隙間を封止するためＯリングなどのシールリング４００が設けられている（以下、「従来技術１」という。例えば、特許文献１参照。）。これにより、弁体１１０が往復動した場合でも、軸部１１２の外周面とシールリング４００の内周面とが摺動し、密封性を維持することができるものである。
しかし、従来技術１の場合、一次側の圧力がきわめて高く、一次側の圧力Ｐ１と大気圧Ｐ３との差圧が非常に大きくなる場合には、軸部１１２とシールリング４００との摩擦力も非常に大きくなる。そのため、ヒステリスの増加や、摺動部分の固着によって、減圧弁としての圧力調整機能が低下したり、弁体１１０を駆動するソレノイドを大型にしなければならないなどの問題があった。
【０００４】
また、従来、ゴム膜などから形成されたダイアフラム、または、金属ベローズなどによって弾性圧力隔壁を形成し、可動部品と固定部品との間を封止するものが知られている（以下、「従来技術２」という。例えば、特許文献２参照）。
しかし、従来技術２におけるダイアフラム又は金属ベローズは、耐圧強度が低く、一次側の圧力では使用することは到底できなかった。
【０００５】
さらに、従来、バネ性に優れた金属材料と耐蝕性に優れた金属材料の組み合わせなどのように、異なる材質の金属を組み合わせて形成したベローズが知られている（以下、「従来技術３」という。例えば、特許文献３参照）。）
しかし、従来技術３の場合、異なる材質の金属を２重、３重に組み合わせることにより、バネ性及び耐蝕性などの異なる特性を同時に備えたベローズを提供するものであって、燃料電池車用高圧水素ガス減圧弁の一次側のように１００ＭＰａ以上といった高圧に用いられることを想定したものではなかった。
【０００６】
ところで、高圧制御弁に用いるベローズにおいては、耐圧強度を確保しようとするとベローズの板厚を厚くする必要があるが、板厚が厚いと容易に伸縮できず、例えば、電磁力により駆動される減圧弁などに用いる場合、電磁弁の推力を大きなもにする必要があり装置が大型になるという問題があった。また、板厚の厚いベローズは耐久寿命が短いという問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１４８４６５号公報
【特許文献２】特開２００５−３０９９８３号公報
【特許文献３】実願昭５６−９８５７５号（実開昭５８−４８４８号）のマイクロフィルム
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記した従来技術の問題を解決するためになされたものであって、第１に、一次側の圧力が１００ＭＰａ以上の高圧水素ガスの減圧に使用される減圧装置において、電磁弁の推力を可及的に小さくした燃料電池システム用減圧装置を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、第２に、１００ＭＰａ以上の高圧の作動流体に対する耐圧性と、弁体の可動を容易にする伸縮のし易さを同時に備えた燃料電池システム用減圧装置に用いられるベローズを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するために本発明の燃料電池システム用減圧装置は、高圧の一次側ポートと低圧の二次側ポートとを連通する経路の途中に弁座、及び、該弁座と対向する反対側に貫通孔を設け、前記弁座に離着することで前記経路を開閉する弁体を備え、該弁体の先端側には、ソレノイド及び二次側の圧力を受けるベローズの軸方向の力を弁体に作用する伝達部材を設け、弁体の後端側と前記貫通孔と間に封止部材を設け、該封止部材が金属材料からなる多層の成形ベローズから形成されてなることを特徴としている。
【００１０】
上記の特徴により、一次側の圧力が１００ＭＰａ以上の高圧水素ガスの減圧に使用される減圧装置において、電磁弁の推力を可及的に小さくした燃料電池システム用減圧装置を提供することができる。
【００１１】
また、本発明の燃料電池システム用減圧装置に用いられるベローズは、第１に、前記多層の成形ベローズの蛇腹部の断面形状が、半円未満の形状の山部及び谷部が交互に接続された形状であることを特徴としている。
また、本発明の燃料電池システム用減圧装置に用いられるベローズは、第２に、前記半円未満の形状の山部と谷部との間にストレート部を介在させることを特徴としている。
これらの特徴により、高圧の作動流体に対する耐圧性と、弁体の可動を容易にする伸縮のし易さを同時に備えた高圧制御弁用ベローズを得ることができる。また、耐久寿命の長い高圧制御弁用ベローズを得ることができる。さらに、Ｏリングを用いた場合に比較して、摺動部の漏れがなく、また、摺動部の摩擦力によるヒステリシスの増加や固着がなく、精度が良く、信頼性の高い高圧制御弁用ベローズを提供することができる。
【００１２】
また、本発明の燃料電池システム用減圧装置に用いられるベローズは、第３に、上記第１又は第２の特徴において、ベローズを保持部材を介して直列に複数個、接続することを特徴としている。
この特徴により、長いベローズを製作する場合と比較してベローズの製作が容易である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）本発明の燃料電池システム用減圧装置は、弁体の先端側には、ソレノイド及び二次側の圧力を受けるベローズの軸方向の力を弁体に作用する伝達部材を設け、弁体の後端側と貫通孔と間に封止部材を設け、該封止部材が金属材料からなる多層の成形ベローズから形成されてなることにより、一次側の圧力が１００ＭＰａ以上の高圧水素ガスの減圧に使用される場合にも、電磁弁の推力を可及的に小さくした燃料電池システム用減圧装置を提供することができる。
【００１４】
（２）本発明の燃料電池システム用減圧装置に用いられるベローズは、多層の成形ベローズの蛇腹部の断面形状が、半円未満の形状の山部及び谷部が交互に接続された形状であることにより、高圧の作動流体に対する耐圧性と、弁体の可動を容易にする伸縮のし易さを同時に備えた高圧制御弁用ベローズを得ることができる。また、耐久寿命の長い高圧制御弁用ベローズを得ることができる。さらに、Ｏリングを用いた場合に比較して、摺動部の漏れがなく、また、摺動部の摩擦力によるヒステリシスの増加や固着がなく、精度が良く、信頼性の高い高圧制御弁用ベローズを提供することができる。
また、本発明の燃料電池システム用減圧装置に用いられるベローズは、は、前記半円未満の形状の山部と谷部との間にストレート部を介在させることにより、山部と谷部とを滑らかに接続することができる。
【００１５】
（３）本発明の燃料電池システム用減圧装置に用いられるベローズは、ベローズを保持部材を介して直列に複数個、接続することにより、長いベローズを製作する場合に比較してベローズの製作を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態１に係る燃料電池システム用減圧装置の全体を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態１に用いられるベローズの拡大断面図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る燃料電池システム用減圧装置の全体を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態３に係る燃料電池システム用減圧装置の全体を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態４に係る燃料電池システム用減圧装置の全体を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態５に係る燃料電池システム用減圧装置の全体を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態５に用いられるベローズの拡大断面図である。
【図８】従来技術１を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る燃料電池システム用減圧装置及びそれに用いられるベローズを実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加えうるものである。
【００１８】
〔実施形態１〕
図１は、本発明の実施形態１に係る燃料電池システム用減圧装置の全体を示す断面図である。
図１の実施形態１において、燃料電池システム用減圧装置１としては、１００ＭＰａ以上の高圧水素ガスを減圧する減圧弁が示されており、ハウジング２には、高圧Ｐ１となる一次側ポート３、低圧Ｐ２となる二次側ポート４及び一次側ポート３と二次側ポート４とを連通する経路５が形成されている。経路５の途中には円形の弁座６が設けられ、該円形の弁座６に着座することによって閉状態となり、弁座６を離れることで開状態となる弁体７が備えられている。
【００１９】
この弁体７は、軸部８と、この軸部８の先端側に設けられた弁本体部９とから構成される。弁体７の軸部８は、一方が一次側ポート３と二次側ポート４との経路５内に通じ、他方が大気圧領域Ａに通じる貫通孔１０内で、往復動自在に配置されている。
【００２０】
一方、ハウジング２の一方の側には、ソレノイド１１がボルトなどの固定手段により装着されている。このソレノイド１１は、コイル１２、磁性体で構成された略円筒状のセンターポスト１３、コイル１２ヘの通電により磁気的に吸引されてセンターポスト１３に向かって移動するプランジャ１４及びプランジャ１４に固定されたロッド１５を備えている。ロッド１５は、センターポスト１３の中心に設けられた貫通孔を挿通するようにして設けられ、その先端が二次側の圧力Ｐ２を受ける位置に配置された受圧部材としてのベローズ１６に保持部材１８を介して固定されている。
【００２１】
弁体７の先端側に、保持部材１８から弁体７側に突出する突出部１７が当接しており、この突出部１７は、前記二次側の圧力Ｐ２を受ける受圧部材としてのベローズ１６の保持部材１８に一体に設けられている。このため、弁体７は、後端側（図１の左側）に向かう推力Ｆを、後述するように、ソレノイド１１から受けられるようになっている。また、弁体７の後端（軸部８の後端）には、弁体７の先端側に向けて付勢するバネ１９が設けられている。
本実施の形態においては、突出部１７がソレノイド１１及びベローズ１６の軸方向の力を弁体７に伝達する伝達部材の役割を果たしている。
【００２２】
一次側ポート３と二次側ポート４とを連通する経路５の流体が、貫通孔１０を通って大気圧領域Ａに漏洩しないように封止するための弾性圧力隔壁としてのベローズ２０が弁体７の後端側と貫通孔１０の穿設されたシールガイド２１との間に設けられている。ベローズ２０の外側には一次側の圧力Ｐ１が作用し、内側には大気圧Ｐ３が作用する。
なお、大気圧領域Ａについて大気圧Ｐ３が作用する例について説明しているが、万一、ベローズが破損して高圧水素が大気に漏れ出すことがないように、大気圧領域Ａに加圧ガスを作用させるようにしてもよい。
図１に示す例では、封止用のベローズ２０は弁体７の軸部８の周囲を包囲するように配置され、その右端が、弁本体部９の後端側に溶接などにより気密に固定され、左端が、シールガイド２１の保持部２２に溶接などにより気密に固定されている。
また、弁体７の受圧領域である円の径Ｄ１と、ベローズ２０における外径と内径のとの平均径Ｄ２とが等しくなるように設定されている。すなわち、弁体７の受圧面積とベローズ２０の受圧面積を等しくすることにより、ベローズ２０に対する一次側の圧力Ｐ１の軸方向の力は相殺され、ベローズ２０には径方向の圧力のみが作用することになる。
【００２３】
以上のように構成される燃料電池システム用減圧装置１は、ベローズ１６が受ける圧力（制御圧力）Ｐ２と推力Ｆによって、弁体７の動作が制御され、その結果、弁の開閉が制御される。このため、制御圧力Ｐ２を制御することができる。
具体的には、弁体７に作用する力は、一次側の圧力Ｐ１と、二次側の圧力Ｐ２と、大気圧Ｐ３と、ベローズ１６が圧力Ｐ２を受けることで弁体７に作用する力と、推力Ｆと、封止用のベローズ２０の弾性復元力と、バネ１９のバネ力である。したがって、弁体７の位置は、これらの力のバランスにより定まる。一次側の圧力Ｐ１に対して二次側の圧力Ｐ２を所望の圧力に制御するには、ベローズ１６の特性、推力Ｆ、封止用のベローズ２０のバネ定数及びバネ１９のバネ定数を適宜設定すればよい。
【００２４】
ところで、一次側の圧力Ｐ１は１００ＭＰａ以上と非常に高圧であるから、封止用のベローズ２０は、周囲から高圧を受けるため、この力に耐えるための耐圧性（剛性）を備える必要があると同時に、推力Ｆなどの力に応答して弁体７が可動する際に、弁体７の動きを容易にするための伸縮性を備える必要がある。
耐圧性の点では、封止用のベローズ２０の厚さｔを厚くする必要があるが、厚さｔを厚くするとバネ定数が厚さｔの３乗に比例して大きくなり、伸縮性が阻害されるとともに耐久寿命が低下するなど、要求される事項を同時に満たすことができないという背景がある。
本発明者は、バネ定数が厚さｔの３乗に比例すること、及び、耐圧性については、ベローズの全体の厚さが同じであれば同じ耐圧性が得られることから、封止用のベローズ２０を、金属材料からなる成形ベローズを複数層組み合わせた多層構造にすることにより、さらには、蛇腹部の断面形状を工夫することにより、耐圧性と伸縮性の両者を同時に満足することができるという知見を得た。
【００２５】
図２は、本発明の実施形態１に係る燃料電池システム用減圧弁に用いられるベローズを説明する断面図である。
封止用のベローズ２０は、ステンレス材料（ＳＵＳ３０４）からなる外周側成形ベローズ２０−１、中間成形ベローズ２０−２及び内周側成形ベローズ２０−３を重ね合わせた３層構造となっている。３層合計の厚さはｔであり、各層の厚さは同じに設定されているから、１層の成形ベローズの厚さはｔ／３である。１層のバネ定数をｋとすると、３層構造のベローズ２０のバネ定数ｋＴは、
ｋＴ＝ｋ＋ｋ＋ｋ＝３ｋとなり、１層構造の同じ厚さのベローズと比較して大幅にバネ定数を小さくできる。
一方、耐圧性（応力）は、１層であっても多層であっても、その厚さｔが同じであれば、同じ耐圧性を有する。
【００２６】
次に、本発明者は、１００ＭＰａ以上の高圧に耐えるため、蛇腹部の断面形状に着目し、その断面形状を種々に変化させて試験したところ、従来知られているＵ字形と逆Ｕ字形を交互に接続したようなベローズ形状、あるいは、Ｓ字形を組み合わせたようなベローズ形状では、高圧のため、主として軸方向において潰されてしまうことがわかった。
図２に示す多層の成形ベローズの蛇腹部の断面形状は、半円未満の形状の山部及び谷部を交互に接続した形状となっており、軸方向に潰れにくいことが確認できた。
ここで、半円未満の形状とは、上限が半円未満（円周角度１８０゜未満）で、下限は少なくとも円弧成分を有するもので、例えば、円の１／１２（円周角度３０゜）である。
円周角度を何度に設定するかは、ベローズ外径、ベローズ厚み、山部高さ（あるいは谷部高さ）、ピッチ及び山部（あるいは谷部）の曲率半径などを総合して決められる。
また、半円未満の形状の山部及び谷部を交互に接続する際、該山部と谷部との間にストレート部を介在させる場合がある。この場合、ストレート部は、半円未満の形状の山部及び谷部を滑らかに接続するため、ベローズの軸方向に直角方向ではなく、直角方向と一定の角度θを有する斜め方向に向いたものとなる。
【００２７】
本実施形態１による燃料電池システム用減圧装置は、耐圧性を有し、かつ、バネ定数の比較的小さい多層ベローズを用いているため、電磁弁の推力が小さくても、減圧装置を確実に作動することができる。
また、本実施形態１による燃料電池システム用減圧装置に用いられるベローズは、蛇腹部の断面形状が半円未満の形状の山部及び谷部が交互に接続された形状となっていることから、耐圧性と伸縮性の両者を同時に満たしている。
【００２８】
〔実施形態２〕
図３は、本発明の実施形態２に係る燃料電池システム用減圧装置の全体を示す断面図である。
図３に示す減圧装置においては、図１で説明した減圧装置の基本的な構成を備えており、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。
【００２９】
弁体２５は、弁本体部２６とその先端側に設けられた、ソレノイド１１及びベローズ１６の軸方向の力を弁体２５に伝達する伝達部材２７とから構成され、実施形態１の弁体７における軸部８は省略されている。
伝達部材２７は、その先端側において、二次側の圧力Ｐ２を受ける位置に配置された受圧部材としてのベローズ１６の保持部材２８に嵌入され、結合されている。
【００３０】
封止用のベローズ２０は、弁体２５の後端側と貫通孔１０の穿設されたシールガイド２１との間に設けられており、その右端が、弁本体部２６の後端側に溶接などにより気密に固定され、左端が、シールガイド２１の保持部２２に溶接などにより気密に固定されている。
シールガイド２１の後端側には、シールガイド２１を押圧して固定するための固定部材２９が設けられ、該固定部材２９はハウジング２の穴３０に螺合されている。
固定部材２９には、貫通孔１０を大気圧領域Ａに連通するための連通孔３１が設けられている。ベローズ２０の外側には一次側の圧Ｐ１が作用し、内側には大気圧Ｐ３が作用する。
【００３１】
以上のように構成される燃料電池システム用減圧装置１は、ベローズ１６が受ける圧力（制御圧力）Ｐ２と推力Ｆによって、弁体２５の動作が制御され、その結果、弁の開閉が制御される。このため、制御圧力Ｐ２を制御することができる。具体的には、弁体２５に作用する力は、一次側の圧力Ｐ１と、二次側の圧力Ｐ２と、大気圧Ｐ３と、ベローズ１６が圧力Ｐ２を受けることで弁体２５に作用する力と、推力Ｆと、封止用のベローズ２０の弾性復元力である。したがって、弁体２５の位置は、これらの力のバランスにより定まる。一次側の圧力Ｐ１に対して二次側の圧力Ｐ２を所望の圧力に制御するには、ベローズ１６の特性、推力Ｆ及び封止用のベローズ２０のバネ定数を適宜設定すればよい。
【００３２】
〔実施形態３〕
図４は、本発明の実施形態３に係る燃料電池システム用減圧装置の全体を示す断面図である。
図４に示す減圧装置においては、図１で説明した減圧装置の基本的な構成を備えており、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。
【００３３】
本実施形態３に係る減圧装置１においては、貫通孔１０の後端側に設けられたバネ１９の設けられた領域は大気圧領域と遮断され、二次側のポートＰ２に繋がる通路３２が設けられている。これにより、貫通孔１０の後端側のバネ１９が設けられた領域の圧力は二次側の圧力Ｐ２と等しくなる。このため、ベローズ２０の内部には二次側の圧力Ｐ２が作用してベローズ２０を伸張させる方向に力が働く。一方、弁体７にはその受圧領域である円の径Ｄ１に対して二次側の圧力Ｐ２が作用してベローズ２０を縮める方向に力が働くため、二次側の圧力Ｐ２が相殺されて、弁体７はソレノイド力のみで作動されることになる。このように、弁体７は、二次側の圧力Ｐ２による影響をほとんど受けることなく、二次側の圧力が変動しても安定的に弁の開閉を行わせることができる。
【００３４】
〔実施形態４〕
図５は、本発明の実施形態４に係る燃料電池システム用減圧装置の全体を示す断面図である。
図５に示す減圧装置においては、図３で説明した減圧装置の基本的な構成を備えており、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。
【００３５】
本実施形態４に係る減圧装置１においては、シールガイド２１を押圧して固定するための固定部材２９が設けられた穴３０の領域は大気圧領域と遮断され、二次側のポートＰ２に繋がる通路３２が設けられている。これにより、貫通孔１０の後端側の固定部材２９が設けられた穴３０の領域の圧力は二次側の圧力Ｐ２と等しくなる。このため、ベローズ２０の内部には二次側の圧力Ｐ２が作用してベローズ２０を伸張させる方向に力が働く。一方、弁体７にはその受圧領域である円の径Ｄ１に対して二次側の圧力Ｐ２が作用してベローズ２０を縮める方向に力が働くため、二次側の圧力Ｐ２が相殺されて、弁体７はソレノイド力のみで作動されることになる。このように、弁体７は、二次側の圧力Ｐ２による影響をほとんど受けることなく、二次側の圧力が変動しても安定的に弁の開閉を行わせることができる。
【００３６】
〔実施形態５〕
図６は、本発明の実施形態５に係る燃料電池システム用減圧装置の全体を示す断面図である。
図６に示す減圧装置においては、図３で説明した減圧装置の基本的な構成を備えており、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。
【００３７】
本実施形態５に係る減圧装置１においては、ハウジング２には、高圧Ｐ１となる一次側ポート３が図の上側に１個、低圧Ｐ２となる二次側ポート４が図の上下に２個設けられている。また、弁本体部２６の先端側に設けられた伝達部材２７に、弁体２５を先端側に向けて付勢するバネ３３が設けられている。
封止用のベローズ３５は、弁体２５の後端側と貫通孔１０の穿設されたシールガイド２１との間に設けられており、その右端が、弁本体部２６の後端側に溶接などにより気密に固定され、左端が、シールガイド２１の保持部２２に溶接などにより気密に固定されている。ベローズ３５の外側には一次側の圧Ｐ１が作用し、内側には大気圧Ｐ３が作用する。
【００３８】
図７は、本発明の実施形態５に用いられるベローズの拡大断面図である。
実施形態５の封止用のベローズ３５は、実施形態１と同じく３層構造に形成されたものであるが、長手方向において等分の長さで３個に分割され、それぞれのベローズが保持部材を介して接続されてなるものである。
右側のベローズ３６は、右端が弁本体部２６の後端外周に圧入され、左端が保持部材３９の右端に圧入され、それぞれの圧入端部が全周溶接されている。
また、中央のベローズ３７は、右端が保持部材３９の左端に圧入され、左端が保持部材４０の右端に圧入され、それぞれの圧入端部が全周溶接されている。
さらに、左側のベローズ３８は、右端が保持部材４０の左端に圧入され、左端がハウジング２に気密に固定されたシールガイド２１の保持部２２に圧入され、それぞれの圧入端部が全周溶接されている。
保持部材３９及び４０には、孔４１が形成されている。
【００３９】
実施形態５に示すベローズ３５のように、直列に３個接続された場合のバネ定数ｋｓは、それぞれのバネ定数をｋ１とすると、
１／ｋｓ ＝１／ｋ１＋１／ｋ１＋１／ｋ１＝３／ｋ１
ｋｓ ＝ｋ１ ／３
となり、長いベローズを１個設ける場合と同じバネ定数となるから、バネ定数が増大するということはない。
【００４０】
実施形態５の封止用のベローズ３５のように直列に３個接続して構成すると、１個のベローズの長さを短くすることができるから、長いベローズを製作する場合に比較してベローズの製作が容易である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 燃料電池システム用減圧装置
２ ハウジング
３ 一次側ポート
４ 二次側ポート
５ 経路
６ 弁座
７ 弁体（実施形態１及び３）
８ 軸部
９ 弁本体部（実施形態１及び３）
１０ 貫通孔
１１ ソレノイド
１２ コイル
１３ センターポスト
１４ プランジャ
１５ ロッド
１６ ベローズ
１７ 突出部（伝達部材）
１８ 保持部材（実施形態１及び３）
１９ バネ
２０ ベローズ（実施形態１ないし４）
２１ シールガイド
２２ 保持部
２５ 弁体（実施形態２及び４）
２６ 弁本体部（実施形態２及び４）
２７ 伝達部材（実施形態２及び４）
２８ 保持部材（実施形態２及び４）
２９ 固定部材
３０ 穴
３１ 連通孔
３２ 通路
３３ バネ
３５ ベローズ（実施形態５）
３６ 右側のベローズ
３７ 中央のベローズ
３８ 左側のベローズ
３９ 保持部材
４０ 保持部材
４１ 孔
Ａ 大気圧領域
Ｆ ソレノイドの推力
Ｐ１ 高圧（一次側の圧力）
Ｐ２ 低圧（二次側の圧力）
Ｐ３ 大気圧
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧の一次側ポートと低圧の二次側ポートとを連通する経路の途中に弁座、及び、該弁座と対向する反対側に貫通孔を設け、前記弁座に離着することで前記経路を開閉する弁体を備え、該弁体の先端側には、ソレノイド及び二次側の圧力を受けるベローズの軸方向の力を弁体に作用する伝達部材を設け、弁体の後端側と前記貫通孔と間に封止部材を設け、該封止部材が金属材料からなる多層の成形ベローズから形成されてなることを特徴とする燃料電池システム用減圧装置。
【請求項２】
前記多層の成形ベローズの蛇腹部の断面形状が、半円未満の形状の山部及び谷部が交互に接続された形状であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム用減圧装置に用いられるベローズ。
【請求項３】
前記半円未満の形状の山部と谷部との間にストレート部を介在させることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム用減圧装置に用いられるベローズ。
【請求項４】
前記多層の成形ベローズを保持部材を介して直列に複数個、接続してなることを特徴とする請求項２又は３記載の燃料電池システム用減圧装置に用いられるベローズ。
【請求項１】
高圧の一次側ポートと低圧の二次側ポートとを連通する経路の途中に弁座、及び、該弁座と対向する反対側に貫通孔を設け、前記弁座に離着することで前記経路を開閉する弁体を備え、該弁体の先端側には、ソレノイド及び二次側の圧力を受けるベローズの軸方向の力を弁体に作用する伝達部材を設け、弁体の後端側と前記貫通孔と間に封止部材を設け、該封止部材が金属材料からなる多層の成形ベローズから形成されてなることを特徴とする燃料電池システム用減圧装置。
【請求項２】
前記多層の成形ベローズの蛇腹部の断面形状が、半円未満の形状の山部及び谷部が交互に接続された形状であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム用減圧装置に用いられるベローズ。
【請求項３】
前記半円未満の形状の山部と谷部との間にストレート部を介在させることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム用減圧装置に用いられるベローズ。
【請求項４】
前記多層の成形ベローズを保持部材を介して直列に複数個、接続してなることを特徴とする請求項２又は３記載の燃料電池システム用減圧装置に用いられるベローズ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１４２１７９（Ｐ２０１２−１４２１７９Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９３７３４（Ｐ２０１０−２９３７３４）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００１０１８７９）イーグル工業株式会社 (119)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００１０１８７９）イーグル工業株式会社 (119)
【Ｆターム（参考）】
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